超声波检测混凝土裂缝的有限元模拟.pdf

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1、超声波检测混凝土裂缝的有限元模拟TheFiniteElementSimulationofUltrasonicTestingConcreteCracks■杨赪■YangCheng[摘要]目前，超声波检测混凝土裂缝仅限于简单的裂缝。对于复杂裂缝，特别是震损后混凝土框架节点的检测尚无有效方法。本文通过对超声波检测混凝土裂缝的有限元模拟，研究超声波检测混凝土复杂裂缝的可行性。[关键词]超声波有限元裂缝检测[Abstract]Atpresent,ultrasonictestingconcretecracksareli-mitedtothesimplecracks.Asforthecom

2、plexcrackshaveno图1超声波发射信号图effectivemethods,especiallythetestofconcreteframenode2.单面平测法模拟图4双面斜侧法模型2接收信号图aftertheearthquakedamage.Thisarticlebasesonthefiniteel-建立2000×500mm平面模型，中间开有深度为表2双面斜测法模拟结果ementsimulationofultrasonictestingconcretecracks,andex-250mm裂缝，裂缝宽度5mm，裂缝左边离开裂缝每ploresthefeasibili

3、tyofultrasonictestingconcretecomplexcr-100mm，设置激励点，右侧相应间距处设立接收点。3acks.材料属性设置为密度2300kg/m，弹性模量28000MPa，泊松比0.2，计算理论声速为3.68km/s。[Keyword]ultrasonic,finiteelement,crack,testing模型几何特征及测点布置如图2所示，网格划分边长为5mm。在激励点1激发信号工况下，激励点1正对面引言混凝土构件的安全性、耐久性及承载力均与裂测点和激励点4首波声时分别为0.000133s、表2中没有出现波幅接近0的工况，可以看出缝的相关。裂

4、缝的表面观测只能了解其宽度和长度，7.95E-05s，对应声速分别为3774m/s，3774m/s，裂缝没有贯通。从首波判断，上边裂缝在2-2，3-3与理论声速相差2.6%。各点首波声时及裂缝计算深连线之间，下边裂缝在4-4，5-5连线之间。对比图无法测量裂缝的深度。超声波被广泛应用于混凝土度如表1所示。单面平测法的波幅衰减得很快，选5，可以从模拟结果判断出实际状况。房屋的质量检测中，其重要功能之一是能进行混凝择首波波幅时需谨慎。从图4及表2可以看出，并没有出现规范中波土裂缝深度的观测。对于简单的裂缝形式，检测人幅的突变点。其原因在于超声波是疏密波，发射波员可以根据CECS2

5、1:2000超声法检测混凝土缺陷技以球面向四周传播。通过狭窄的条缝会出现衍射，术规程中的公式进行推算。但对于复杂的裂缝或者通过较大的缝隙声场通过后会以球面形式扩张。笔裂缝相对密集的情况，比如震损后的混凝土节点的者模拟了多次双面斜侧法，发现波幅的大小有时甚裂缝，则没有可用的计算公式。至会出现发射点接收点连线被裂缝截断比连线未截本文进行超声波检测混凝土的有限元模拟，首断的情况更大。波幅的相对大小与到达接收点的能先对规范提供的裂缝深度的公式进行验证，然后进量的大小有关，发射点越接近裂缝通过裂缝的能量行震损框架节点有复杂裂缝开展工况的计算，研究图2单面平测法测点布置图越多。而接收点离

6、裂缝越远，能量发散越大，并不超声波检测混凝土复杂裂缝的可靠性。表1单面平测法模拟结果能保证发射点、接收点连线未截断则波幅大。但是一、有限元模拟分析可以看到在声时方面，直线传播相比折现传播的首1.声学基础波时间短。在超声波检测的时候应以首波声时为准，声波是各种弹性介质中的机械波，混凝土中的波幅只能作为参考。超声波实质上是高频应力波的传播。本文通用有限4.超声波检测十字节点裂缝模拟元Abaqus程序，来模拟这一过程。首先建立二维平3.双面斜侧法模拟针对可能发生的震损框架节点，笔者设计如图面应变模型，利用Abaqus中Dynamic，Explicit求建立1200×400mm模型，

7、如图3所示。前者的5所示模型。材料属性与第一节相同，网格划分以解器来求解应力波在混凝土中的传播。由于检测用上下裂缝深度分别为120mm，240mm，设置8个和85mm网格划分。中间裂缝部分网格不规则，采取自的超声波产生的应力强度非常很小，材料处于完全个发射点和接收点，具体见图3所示。图中T表示由划分。模型模拟地震后节点开裂，模拟1模拟有的弹性状态，其波速可按下式计算：发射，R表示接收，材料属性与网格划分与上小节一条斜裂缝。本文以超声波多点发射，多点接收，相同。由于接收点信号频率较高，波形比较密集，E1